３ＤＳ ＭＡＸ在化學教學中的應用

文章編號：1005－6629(2008)03－0047－03中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

三維動畫制作軟件3D Studio MAX自面世以來，成為在影視、廣告、建筑設計、機械制造和多媒體等行業的必備工具之一。那么，它在化學教學中能否得到廣泛應用呢？回答是肯定的。

3DS MAX以其超強功能足以創造出虛擬的運動的宏觀物質世界和微觀粒子世界。虛擬的三維世界是怎樣產生的？建模過程需要科學數據的支持以及您對化學世界的感知能力。

1材質貼圖虛擬宏觀物質

每個學生不一定有機會親眼觀察到各種化學物質，特別是稀有的、貴重的。如：金剛石、鉆石和24K黃金等。3DS MAX的材質貼圖編輯器可以給基本幾何體增加材質色彩、紋理、反射、折射、漫射、透明度和凹凸效果等。再通過渲染得到真實感很強的宏觀物質的圖片。為了得到24K純金的圖片，可以查閱金的物理特性表現數據：24K金 顏色R218，G178，B115 漫射35 光澤度中 反射65 凹凸10%等，輸入材質貼圖編輯器賦給茶壺體，渲染如左圖；右圖為鉆石。

幾種物質的物理特性數據：

幾種透明材質的折射率：

2 實體創建系統虛擬微觀粒子

3DS MAX的實體創建系統面板的標準幾何體和擴展幾何體有多種，應用于原子、分子結構的只需球體和柱體就足夠了。為了使分子結構更加真實，科學，查閱分子的結構參數必不可少。如：氫原子半徑3.2納米，氧原子半徑7.4納米，一個水分子中氧原子跟兩個氫原子形成兩個O—H鍵，使三個原子形成一體，兩個鍵夾角104.5°，鍵長（核間距）是9.6納米。利用這些數據在3DS MAX的很容易創建一個水分子的虛擬比例模型或球棒模型。

常見原子半徑（單位：納米）

這里實例講解3DS MAX 5 制作C60分子球棒模型效果圖操作步驟：

（1）創建“足球”：如圖1從上到下依次單擊創建系統面板中的Geometry（幾何體）， 下拉列表中的Extended Pimitives（擴展幾何體），Object Type（對象類型）中的Hedra(異面體)， Parameters（參數）中選中Dodec/Icos(12面體)， p：0.36，Q：0，其他參數缺省。點Perspective(透視圖)中心拖動鼠標左鍵，結果如“足球”。

（2）把“足球”修改為分子球棒模型：如圖2點單擊修改系統面板，從下拉列表中選中Lattice(結構線框)，“足球”立即變為節點線框結構。調節好面板參數后，結構線框成為球棒模型。

（3）給分子模型上色：點擊或按鍵盤上“M”調出Material Editor(材質編輯器)。點擊

(Get material取材質)調出Material/Map Browser如圖（3-1），雙擊Multi/Sub-Object回到如圖（3-2）。點擊ID號為1的Sub-Material（子物體材質）， 出現圖（3-3）Blinn Basic Parameters卷展欄。

點擊Diffuse色塊，調出圖（3-4） Color Selector， 選藍色給棒的顏色，點擊Close回到圖(3-3)材質編輯器。

點擊 (Go to parent) 回到圖（3-2）， 點擊ID號為2的Sub-Material（子物體材質）， 同上，當給球涂亮綠色上顏色后，點擊Close后到圖（3-3）， 這時還可給球加反射光即設Specular Level：50.確認全過程分子模型被選狀態，點擊 （Assign Material to Selection把材質貼給被選模型）。

（4）渲染成最終效果圖：點擊 (Qick Render快速渲染)，生成一幅C60分子球棒模型立體效果圖（3-5）。

3動畫功能虛擬運動中的微觀世界

讓你親手創造的粒子活動起來—即使是最簡單的過程，也會使人激動不已，不能想象只有一個靜止不動的世界！在化學中，化學反應是主要內容。怎樣用形象的方法把抽象的反應過程表現出來，以求從動態變化中找到化學反應的規律呢？例如：氫氣還原氧化銅實驗（H2+CuOCu+H2O）， 如果從化學方程式問學生：反應前后試管內物質質量減少，減少的是何種物質的質量呢？大多數同學很快回答是水的質量。為避免這種錯誤，只要在講新課時播放一段氫氣還原氧化銅實驗的微觀粒子動畫：幾個氫分子飛舞到幾個氧化銅粒子上面，發生頻繁碰撞，“掠奪”了氧化銅粒子內的氧原子，變成幾個水分子飛向試管口，原來的氧化銅粒子就只剩下了銅原子了，質量就自然變少了。這個動畫還可以用于解釋“還原性”的本質等。

4 粒子系統虛擬群體微觀粒子

實體創建系統可以創建單個粒子，再加以復制得到多個粒子。但不可能虛擬像包含海量粒子的溶液、氣體、雪、雨、煙、霧和沙塵暴等。3DS MAX的粒子系統能解決它。如：從粒子角度觀察一杯開水或一瓶氫氣，應該是大量水分子的聚合體，分子之間間距較小，不斷發生著碰撞；氫分子之間間距較大（大約是分子直徑的十倍）， 運動速度快，分子之間發生隨機碰撞，氫分子也碰撞瓶壁，符合反射定律等。粒子系統的這種虛擬的微觀世界，給初學化學的人們建立了一座從宏觀世界通向微觀世界的橋梁，使無實驗設備條件的人們也能觀察學習到物質運動的基本規律。

3DS MAX的在化學教學中的應用遠遠不只這些，同時我們也可以窺見3DS MAX在任何一門科學課中都可以一展身手。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”